CN114681081A - 种植体表面活化方法及专用装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了种植体表面活化的方法，在抽真空的状态下，对种植体采用发射波长介于100~390nm的中空紫外线灯管进行照射。同时，本发明还公开了适用于上述种植体表面活化方法的专用装置。本发明处理过程为柔和的光化学反应，不损伤种植体材质，无多余处理步骤，在活化处理同时对种植体还具有氧化灭菌效果；本发明可根据用户需求配置不同波长光源，实现即时活化种植体获得亲水性，大幅缩短植入手术前的等待时间，以及患者等待种植愈合修复的时间；本发明所采用装置设备结构简单，小巧，投资成本低，操作简便，易于做成台式或手持式小型仪器。

Description

种植体表面活化方法及专用装置

技术领域

本发明属于医疗卫生领域，具体涉及种植体表面活化方法及专用装置。

背景技术

近年来人工种植牙渐趋流行。种植牙一般包括三部分：植入牙槽骨代替天然牙根的种植体、人工牙冠以及用于固定牙冠于种植体的基台。种植体的材质通常采用具有生物相容性的纯钛或钛合金。种植体与牙槽骨的骨结合（Osseointegration）好坏依赖于种植体表面的物理形态和化学特征，种植体的粗糙物理表面和维持生物稳态的氧化层是创造较好骨结合的前提条件。目前主流种植体的表面粗糙化处理通常采用大颗粒喷砂酸蚀技术（SLA），经SLA处理后的种植体比未处理的光滑表面具有较大的表面接触面积，且粗糙面孔隙直径约150-400微米，微孔隙直径达0.25-0.5微米，显著增加种植体的抗扭矩能力，适合骨细胞和纤维蛋白沉积吸附。生产种植体的厂家将经SLA处理的种植体灭菌包装后销售，由于种植体暴露于空气中包装，钛基种植体表面自发或人工形成的具有生物活性的二氧化钛表层会吸附空气中的有机碳氢化合物，改变表面化学组成并导致表面亲水性和生物活性降低，如果将这种种植体直接植入牙槽骨，骨结合速率比较缓慢，患者需等待至少6-10周骨结合逐渐形成才能进行后续种植体上牙冠修复。但如果在植入手术前对SLA处理的种植体再次进行活化使得表面具有超强亲水性，则患者等待种植愈合修复的时间可以缩短约4-6周。因此探索使种植体植入手术前快速获得或恢复表面亲水性并能维持较长时间的活化方法和装置很有必要。

中国专利申请公布CN111513880A公开了一种采用波长148-196nm准分子光源照射种植体获得亲水性的方法，光源设计成光线沿径向向外发散，这种方法对于处理通常为圆锥形的种植体时需要种植体转动，使处理时间加长，处理均匀性较差。另外，由于没有抽真空，波长148-196nm真空紫外线在大气环境中传输距离很短，加上生成的活性基团与周围氮和氧分子之间的碰撞损失，处理效率较低。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种种植体表面活化的方法。

本发明的另一目的在于公开适用于上述种植体表面活化的方法的专用装置。

技术方案：为了达到上述发明目的，本发明具体是这样来完成的：在抽真空的状态下，对种植体采用发射波长介于100~390nm的中空紫外线灯管进行照射。

更为优选地，将发射波长介于100~390nm的紫外线光源设计成中空的灯管，并将种植体置于其中空区域，在抽真空的状态下接受照射。

优选地，所述紫外线光源波长为108nm、126nm、146nm、172nm、185nm、193nm、207nm、222nm、254nm、365nm、390nm或上述任意组合。

其中，108nm、126nm、146nm、172nm、185nm、193nm波长光主要活化机理为：空气中的水分子在这几个紫外波长的光吸收系数高达10⁷/m，易于生成活性基团。强氧化性活性基团通过以下反应获得：H₂O + hn® HO· + H·，hn指紫外光子能量，其真空紫外波长为108nm、126nm、146nm、172nm、185nm、193nm之一或其组合。反应产物氢氧自由基HO·具有超强氧化性，其氧化电位为2.80，仅次于氟的氧化电位3.03，远高于臭氧的2.07，双氧水的1.78，二氧化氯的1.57和氯的1.36。其氧化能力是双氧水和臭氧的10⁶-10⁸倍，可以快速氧化分解种植体表面吸附的碳氢污染物使表面活化具有亲水性，照射5-60秒可获亲水性

其中，207nm、222nm、254nm波长光主要活化机理为：这三个波长紫外线的光子能量不足以直接作用于水分子产生氢氧自由基，但光照足以打开种植体表面吸附的碳氢污染物的化学键进行光解作用，使种植体表面获得亲水性，照射10-30分钟可获亲水性。

其中，365nm和390nm波长光主要活化机理为：这两个波长紫外线的光子能量不足以对种植体表面吸附的碳氢污染物产生直接光解作用，但因为种植体表面的二氧化钛具有光催化特性，这两个波长紫外线照射可使其表面的二氧化钛表层价带上的电子跃迁到导带上，使价带中相应生成具有强氧化能力的光生空穴，从而在种植体表面产生光催化反应，光生空穴可以与空气中水分子作用生成氢氧自由基HO·，表面吸附的碳氢污染物因此被分解矿化成二氧化碳和水，使种植体表面获得亲水性，照射24-48小时可获亲水性。

适用于种植体表面活化方法的专用装置，包括直径不同的石英玻璃管及透光管，石英玻璃管直径大于透光管直径且长度相同，石英玻璃管与透光管同轴设置，两管两端焊接构成一隔层密闭空间，密闭空间充入光源特征波长对应的发光物质，石英玻璃外管的外壁包裹能导电和反射紫外线的箔或壳体并作为外电极，透光管内管的内壁贴附透紫外线导电材料作为内电极，使得在隔层密闭空间产生的紫外线最终都射向透光管内管的中空区域，内电极内壁紧贴设有绝缘管，绝缘管采用可透过紫外线的材料制成，外电极、内电极通过高压导线连接至高频高压电源，透光管内管的一端通过真空气管连接真空泵，另一端则设有底座，底座中部设有可推入透光管内部的支撑杆用以支撑种植体，底座的周围设有密封垫以达到密封透光管内管内部的目的。

优选地，能透过相应紫外线的透光管采用氟化锂晶体材质用于透过108nm波长紫外线，氟化镁晶体材质用于透过126nm和146nm波长紫外线，合成石英玻璃用于透过172nm，185nm和193nm波长紫外线，以及高透明天然石英玻璃用于透过207nm、222nm、254nm、365nm、390nm波长紫外线。

优选地，紫外线灯管中的内管中空区域至少一端开口，用于真空泵抽气和插入种植体。

优选地，紫外线灯管中的中空区域里居中插入一支至少一端开口的空心绝缘管，用于隔开内电极和种植体，空心绝缘管内径大于5mm，以便能放入种植体。

种植体沿空心绝缘管轴线方向插入绝缘管内接受处理，绝缘管可以为透过相应波长紫外线的透光管，优选为氟化锂晶体材质用于透过108nm波长紫外线，氟化镁晶体材质用于透过126nm和146nm波长紫外线，合成石英玻璃用于透过172nm，185nm和193nm波长紫外线，以及高透明天然石英玻璃管用于透过207nm、222nm、254nm、365nm、390nm波长紫外线，射向灯管中空区域的紫外线透过相应的透光管直接照射种植体，在种植体表面产生强氧化性活性基团，电子空穴对或直接光解，对种植体表面进行活化处理；绝缘管也可为不透光管，优选为便宜的不透真空紫外的耐高温高硼硅管，灯管中空区域经108nm、126nm、146nm、172nm、185nm、193nm真空紫外线照射在绝缘管外产生的强氧化性活性基团进入绝缘管内与种植体接触进行活化反应。在处理过程中，种植体接受活化处理前首选固定到支撑杆顶部，由支撑杆送入绝缘管内部进行活化处理，支撑杆采用抗氧化和抗紫外线金属材料，优选不锈钢。

种植体表面活化方法的专用装置采用的紫外线灯管的内外电极连接高频高压电源，外电极和支撑杆底座等外部金属件同时安全接地。

种植体表面活化方法的专用装置采用的紫外线灯管中空区域接真空泵抽气，支撑杆底座带密封圈封住开口端。一方面制造真空环境便于波长小于200nm真空紫外线传输，另一方面降低种植体周围氮气和氧气偏压，减少氢氧自由基HO·在接触到种植体表面碳氢污染物前与周围氮和氧分子之间的碰撞损失，同时抽真空还能起到冷却灯管的作用。优选地，所述紫外线灯管中空区域的真空度在种植体活化处理过程中维持在0.1~1000毫巴，真空度过高不利于灯管正常发光工作，真空度过低则不利于活化处理效果。

与背景技术相比，本发明的技术优势主要体现在：

（1）波长不同：背景技术采用紫外波长为小于200nm的真空紫外波长，介于148-196nm波段。本发明除了采用真空紫外波段的108nm、126nm、146nm、172nm、185nm、193nm波长外，还包括介于200-280nm波段的207nm、222nm、254nm波长，介于280-400nm波段的365nm和390nm波长；

（2）活化机理不同：背景技术试图采用148-196nm波段直接照射到种植体表面，利用其6.3-8.4eV的高光子能量打开种植体表面有机碳化物的化学键以实现活化处理。本发明采用108nm、126nm、146nm、172nm、185nm、193nm波长进行活化处理是通过光照产生的强氧化性活性基团快速氧化分解种植体表面吸附的碳氢污染物使表面活化具有亲水性；采用207nm、222nm、254nm波长进行活化处理是通过直接光照到种植体表面打开种植体表面有机碳化物的化学键以实现表面活化；采用365nm和390nm波长进行活化处理是通过光直接照射到种植体表面的二氧化钛，利用二氧化钛的光催化特性，生成具有强氧化能力的光生空穴，从而在种植体表面产生光催化反应，分解表面吸附的碳氢污染物，使种植体表面活化获得亲水性；

（3）处理环境不同：背景技术举实施例，直接将种植体样品置于大气环境中采用172nm光照处理，而据研究文献（Johannes Mitterauer，Displays and VacuumElectronics: May 3 - 4, 2004, Garmisch-Partenkirchen, Congress Center, 第 10卷）报道172nm光在大气中穿越3mm光强就降低50%，穿越16mm则光强降为零，所以试图通过光直接照射到背景技术实施例中所说的3mm，甚至30mm或200mm远的种植体表面来实现活化处理，活化效率将非常低或实际上根本难以实现。本发明通过抽真空使得种植体样品置于真空环境中接受光照，一方面制造真空环境便于波长小于200nm真空紫外线传输，另一方面降低种植体周围氮气和氧气偏压，减少氢氧自由基HO·在接触到种植体表面碳氢污染物前与周围氮和氧分子之间的碰撞损失，照射5-60秒可获强亲水性，且活化处理后的样品过了48小时后重测仍维持很强的亲水性，接触角仍为0^o。抽真空对于采用波长小于200nm真空紫外线进行活化处理是最优选择，而对于波长大于200nm紫外线，因其在大气中和真空中传输衰减相差不大，也可以不抽真空。

（4）光源结构设计不同：背景技术仍沿用常规的灯管设计，使辐射的真空紫外光线360°沿径向向外发散，用于照射种植体样品时，将有至少50%的光辐射被浪费，且因为在大气中照射无法采用反光罩反射这一半的光辐射加以利用，因而光利用效率较低。本发明采用独特的中空灯管和外电极反光设计，将种植体置于灯管内部中空区域，使产生的紫外线360°沿径向向内发射全部汇聚于种植体所处中空区域，从而最大限度地提高了光能利用率和活化效率。

（5）活化效率和均匀性：背景技术采用常规的灯管结构设计，只适用于其实施例中所说的自制种植体小圆片样品用作实验研究。市场上牙科实际使用的种植体形状通常为外径介于5-9mm的圆柱圆锥体，用背景技术处理圆柱圆锥面，需要将种植体缓慢转动，所需活化时间将远高于其实施例所述时间，处理均匀性从根本上无法保证，不适于实际应用。本发明设计的光源发射的紫外线向内汇聚，各向同性，光强均匀，只需将种植体居中插入光照区域静止不动接受照射，即从本质上保证了较高的活化效率和均匀性，适用于市场上所有的牙科种植体活化处理。

有益效果：本发明与传统技术相比，存在以下优点：

（1）本发明处理过程为柔和的光化学反应，不损伤种植体材质，无多余处理步骤，在活化处理同时对种植体还具有氧化灭菌效果；

（2）本发明可根据用户需求配置不同波长光源，实现即时活化种植体获得亲水性，大幅缩短植入手术前的等待时间，以及患者等待种植愈合修复的时间；

（3）本发明所采用装置设备结构简单，小巧，投资成本低，操作简便，易于做成台式或手持式小型仪器。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示的适用于种植体表面活化方法的专用装置，包括直径不同的石英玻璃管1及透光管2，石英玻璃管1直径大于透光管2直径且长度相同，石英玻璃管1与透光管2同轴设置，两管两端焊接构成一隔层密闭空间3，密闭空间3充入光源特征波长对应的发光物质，石英玻璃1外管的外壁包裹能导电和反射紫外线的箔或壳体并作为外电极4，透光管2内管的内壁贴附透紫外线导电材料作为内电极5，使得在隔层密闭空间产生的紫外线最终都射向透光管内管的中空区域，内电极5内壁紧贴设有绝缘管6，绝缘管6采用可透过紫外线的材料制成，外电极4、内电极5通过高压导线7连接至高频高压电源8，透光管2的一端通过真空气管9连接真空泵10，另一端则设有底座11，底座11中部设有可推入透光管2内部的支撑杆12用以支撑种植体13，底座1的周围设有密封垫14以达到密封透光管2内部的目的。

本发明具体使用时，将种植体固定于支撑杆的一端，打开真空泵对透光管内管进行抽真空，底座带动支撑杆向真空泵方向移动，直至底座上的密封垫紧贴密闭空间的端部后，打开高频高压电源，使外电极与内电极形成电流回路，以此对种植体进行紫外光线照射。

实施例2：

采用本发明提供的种植体活化方法并分别选择在紫外线光源波长108nm、126nm、146nm、172nm、185nm、193nm、207nm、222nm、254nm、365nm、390nm下进行活化，另采用背景技术中紫外光线波长为148-196nm并不抽真空的条件下进行种植体活化，得到的相应数据如下表1：

表1 采用本发明方法与传统技术处理种植体的相关数据对比

由表1可见，采用本发明方法活化条件的种植体无论从活化时间、活化效果、亲水维持时间均优于传统技术方案，而横向对比可以看出，当选择波长108nm＆抽真空，波长126nm＆抽真空，波长146nm＆抽真空和波长172nm＆抽真空时，活化时间最短，亲水性和活化效果最佳，活化后的亲水性维持时间也最长。

Claims (10)

1.种植体表面活化的方法，其特征在于，在抽真空的状态下，对种植体采用发射波长介于100~390nm的中空紫外线灯管进行照射。

2.根据权利要求书1所述的种植体表面活化的方法，其特征在于，将所述紫外线光源设计成中空的灯管，并将种植体置于其中空区域接受照射。

3.根据权利要求1所述的种植体表面活化的方法，其特征在于，所述紫外线光源波长为108nm、126nm、146nm、172nm、185nm、193nm、207nm、222nm、254nm、365nm、390nm或上述任意组合。

4.适用于权利要求1~3任一所述的种植体表面活化方法的专用装置，其特征在于，包括直径不同的石英玻璃管及透光管，石英玻璃管直径大于透光管直径且长度相同，石英玻璃管与透光管同轴设置，两管两端焊接构成一隔层密闭空间，密闭空间充入光源特征波长对应的发光物质，石英玻璃外管的外壁包裹能导电和反射紫外线的箔或壳体并作为外电极，透光管内管的内壁贴附透紫外线导电材料作为内电极，使得在隔层密闭空间产生的紫外线最终都射向透光管内管的中空区域，内电极内壁紧贴设有绝缘管，绝缘管采用可透过紫外线的材料制成，外电极、内电极通过高压导线连接至高频高压电源，透光管内管的一端通过真空气管连接真空泵，另一端则设有底座，底座中部设有可推入透光管内部的支撑杆用以支撑种植体，底座的周围设有密封垫以达到密封透光管内管内部的目的。

5.根据权利要求4所述的适用于种植体表面活化方法的专用装置，其特征在于，所述紫外线灯管中的内管中空区域至少一端开口。

6.根据权利要求5所述的适用于种植体表面活化方法的专用装置，其特征在于，所述紫外线灯管中的中空区域里居中插入一支至少一端开口的空心绝缘管。

7.根据权利要求6所述的适用于种植体表面活化方法的专用装置，其特征在于，所述种植体沿空心绝缘管轴线方向插入绝缘管内接受处理，绝缘管为紫外线透光管，或耐高温高硼硅管。

8.根据权利要求4所述的适用于种植体表面活化方法的专用装置，其特征在于，所述种植体接受处理前首选固定到支撑杆顶部，由支撑杆送入绝缘管内部进行活化处理，支撑杆采用抗氧化和抗紫外线金属材料。

9.根据权利要求4所述的适用于种植体表面活化方法的专用装置，其特征在于，所述紫外线灯管中空区域接真空泵抽气，支撑杆底座带密封圈封住开口端。

10.根据权利要求4所述的适用于种植体表面活化方法的专用装置，其特征在于，所述紫外线灯管中空区域的真空度在种植体活化处理过程中维持在0.1~1000毫巴。

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